ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

МАТЕРИАЛЫ, ВВОДЯЩИЕ ОКСИДЫ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

Щелочноземельные оксиды MgO, СаО, ZnO, SrO, ВаО, РЬО — третья важнейшая группа компонентов промыш­ленных стекол, благодаря которым эти стекла приобре­тают устойчивость к действию воды и химических реа­гентов.

Материалы для введения оксида магния. Оксид маг­ния вводят в состав листовых и строительных стекол природным материалом — двойным карбонатом каль­ция— магния, доломитом CaC03-MgC03, с которым в стекло вносится также и оксид кальция. В состав техни­ческих стекол и ситаллов, не содержащих СаО, оксид магния вводят искусственными материалами — углекис­лым магнием MgC03 и оксидом магния MgO. Карбона­ты Mg нерастворимы в воде, но разлагаются кислотами.

Доломит — твердая светло-серая плотного строения осадочная порода, окрашиваемая соединениями железа в желто-коричневый цвет. Чистый двойной карбонат каль­ция — магния должен содержать 30,4 % СаО и 21,8 % MgO, но в природных доломитах содержание СаО и MgO ниже из-за примесей Si02, А120з и оксидов железа. Важнейшие месторождения доломитов для стекольного производства — Боснийское (г. Орджоникидзе), Меле - хово-Федотовское (Ковров, Владимирской обл.), Тара - букинское (пос. Заиграевское, Бурятская АССР). Хими­ческий состав этих доломитов приведен в табл. 4.5._

По ГОСТ 23672—79 содержание MgO в природных доломитах для производства стекла должно быть: для высшего сорта не меньше 19,5 % по массе, а для осталь­ных сортов не меньше 18 % по массе; содержание СаО соответственно должно быть по массе не более 32 и 34 %,

Содержание Fe203—0,1—0,4 %. Насыпная плотность мо­лотого доломита 1600 кг/м3.

Доломит поступает в производство в виде глыб; его дополнительно измельчают. Доломиты неоднородны по химическому составу в объеме партии и во времени, по­этому после помола их смешивают в больших объемах (усредняют). В настоящее время на крупнейших место­рождениях строят фабрики по подготовке молотого, ус­редненного доломита для нужд стекольной промышлен­ности.

Природный доломит при нагревании разлагается: при 400 °С на СаСОз и MgC03, при 600 °С на СаО и MgO. Поэтому его сушат при температуре ниже 400 °С.

Искусственные материалы — углекислый магний MgC03 и оксид MgO — белые мелкозернистые легкие порошки, они плохо смешиваются с другими компонен­тами шихты. Свойства углекислого магния см. приложе­ние.

Материалы для введения оксида кальция. В составы листового и строительного стекла часть оксида кальция вводится доломитом. Остальная часть добавляется с по­мощью природных карбонатов кальция — известняка и мела. Они нерастворимы в воде, но разлагаются кисло­тами,

Известняк СаС03—плотная осадочная порода свет - ло-серого цвета (в отдельных местах от вкрапления орга­нических веществ, оксидов и сульфидов железа желтая, бурая или черная). Главные месторождения Алферовс - кое и Добрятинское (Владимирской обл.), Касимовское (Горьковской обл.), Воскресенское (Башкирская АССР). Природный известняк по ГОСТ 23671—79 должен содер­жать в зависимости от сорта не менее 54—51 % по мас­се СаО (его тем больше, чем выше сорт), не более 0,1 — 0,3 % оксидов железа и 0,6—2,5 % по массе MgO. Не допускаются включения кремния. Составы известняков, месторождения которых расположены на территории страны, даны в табл. 4.5. Известняк поступает на заводы в виде глыб. Насыпная плотность молотого материала 1600 кг/м3.

Мел — мягкая микрозернистая порошковатая осадоч­ная порода. Примеси оксидов железа придают ему жел­товатый оттенок, а глины — сероватый. Главные про­мышленные месторождения чистого мела: Сельцовское (Брянская обл.), Ямское (Донецкой обл.), Новоселковс - кое (Гродненская обл.). По ГОСТ 17498—72 содержа­ние СаО в меле должно быть не менее 54,3 %, а оксидов железа — не более 0,1 %• Для производства стекла мел— более чистое сырье, чем известняки, но из-за мелкозерни­стости и пластичности мела он менее пригоден для вво­да в шихту, чем молотый известняк.

Материалы для введения оксида бария. Оксид бария ВаО — компонент технических стекол. Он сообщает им хорошие диэлектрические свойства, высокий показатель преломления, снижает пропускание лучей коротковолно­вой области спектра и проникающих радиаций. Частич­ная замена оксидом бария СаО уменьшает вязкость и склонность расплавов стекла к кристаллизации. ВаО вво­дят в состав стекла карбонатом, сульфатом и нитратом бария.

Карбонат бария ВаСОз—белый тяжелый кристал­лический, нерастворимый в воде порошок. Чаще всего производится химическим путем, содержит 77,7 % ВаО и поставляется по ГОСТ 2149—75. Природный карбонат (витерит) мало распространен.

Сульфат бария BaS04 бывает природный (минерал барит или тяжелый шпат) и искусственный. Разлагается при более высокой температуре, чем ВаСОз. Если с его помощью вводят в состав шихты более 5 % ВаО, то, как и сульфат натрия, BaS04 восстанавливают, добавляя в шихту углерод (5—7% по массе от массы BaS04). В воде BaS04 нерастворим.

Нитрат бария Ba(N03)2 — синтетический продукт. Он легкоплавок, растворим в воде, гигроскопичен. При разложении выделяет кислород.

Материалы для введения оксидов свинца, цинка и стронция. Оксид свинца РЬО —тяжелый легкоплавкий компонент технических и оптических стекол и хрусталя, которым он придает высокий показатель преломления, снижает скорость их затвердевания и прозрачность в коротковолновой области спектра. РЬО иногда вводят в шихты стекол в виде технического желтого оксида свин­ца—глета РЬО (ГОСТ 5539—73), но преимущественно в виде сурика РЬ304 (ГОСТ 19151—73), тяжелого крас­ного порошка, получаемого окислением глета при его прокаливании. Оксиды свинца (особенно глет) легко восстанавливаются до металлического свинца в шихте и расплаве, образуя включения—«корольки». Поэтому их следует вводить в шихту вместе с веществами, выделя­ющими кислород (окислителями).

Для получения особо чистых стекол используют син­тетический нитрат свинца Pb(N03)2. Это белый тяже­лый мелкокристаллический легко растворимый в воде порошок: он гигроскопичен, при разложении выделяет кислород.

Оксиды цинка ZnO и стронция SrO вводят в составы механически прочных, термостойких и химически устой­чивых технических стекол взамен части СаО. ZnO — не­обходимый компонент цветного стекла — селенового ру­бина. Оксид стронция, подобно ВаО и РЬО, снижает прозрачность стекла в коротковолновой части спектра.

Оксид цинка вводят химическим продуктом — цин­ковыми белилами, содержащими не менее 96 % ZnO (ГОСТ 10262—73), или азотнокислым цинком Zn(N03)2. Для ввода SrO используют технический карбонат строн­ция SrC03 (ГОСТ 2821—75) или же концентрат природ­ного минерала — целестина (сульфата стронция), с 56,4 % по массе SrO.